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                            高灵敏度空气耦合超声波检测系统

                            

                          高灵敏度空气耦合超声波检测系统

                           

                          日本探头株式会社(Japan Probe Co., Ltd)是具有30多年历史的专业生产超声波探头、超声波发射接收器和检测系统的厂家,日本探头株式会社(Japan Probe Co., Ltd)利用自己的高新技术和丰富经验,针对不能用耦合剂无损检测的方法研究,经过多年努力和发展,终于研制成称之为“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统(Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing  简称NAUT)” NAUT可以广泛应用于以下材料检测:复合材料、锂离子电池、刹车垫,陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料、泡沫以及其他不能使用耦合剂的材料

                           

                          1.1 非接触式超声

                           

                          非接触式超声与常规超声检测类似,其最大的区别是非接触式超声不需要声耦合涂抹在待检测工件上,就能很好的将超声波从发射探头通过空气传播到待测工件中。常用声耦合包括机油、胶体、水等,这些耦合需要清理,通常会使得整套系统变得笨重,使得工作场所变得很脏乱。对于NAUT来说,周围环境空气就是其声耦合,高温低温工件及不适合用声耦合的工件也能进行超声波无损检测。

                          在研制此系统时,为了使超声波有效的发射到空气中,穿过检测工件,并将接收信号进行成像处理,必须解决三个问题:第一,研制声阻抗匹配层材料,实现探头和空气的最佳耦合;第二,研制超高功率发射接收,实现向空中发射高功率的超声波;第三,研制前置放大器,实现接收信号的低噪音增幅。通过多年的努力,终于成功的研制成了“高灵敏度非接触空气耦合超声波检测系统(Non-Contact Air Coupled Ultrasonic Testing ),打开了21世纪的超声无损检测的新纪元,我们将它命名为NAUT21,目前,NAUT21检测系统在复合材料、锂离子电池、刹车垫,陶瓷材料、混凝土、木材、橡胶、塑料以及其他材料的检测上得到了很好的应用。现在广销日本、英国、韩国、美国、中国等国家,并受到客户的一致好评。

                           

                          1.2 NAUT21检测和分析

                           

                          所有的C扫描成像都是使用空气耦合超声穿透法通过两轴电动运动机构来实现。空气耦合超声波穿透法: 超声波从空气中发射到被检查材料内部,透过的超声波到达接收探头。通过透射的超声波峰值的大小来判断被检查材料内部是否存在缺陷如下图1所示.

                           

                          检测方法为穿透式,将工件放置在两探头中间,探头对称放置在工件两侧,以保证超声波垂直入射到工件中, 所有的信号在采集过程中都是原始波形,不使用信号处理。在C扫描成像中,红色代表超声穿透能量高,蓝色代表超声穿透能量低。

                           2产品参数

                          以下部分是NAUT21空气耦合超声检测系统各个部分具体参数。 

                          2.1 超声波发射接收器

                          3a)和(b)为JPR600C超声波发射接收器的正面图和背面图,为单通道。用户可根据实际检测需要选购多通道转换器,如图3c)所示的与16通道转换器连接,可扩展为16通道。JPR600C具体参数见表2

                           

                          2  JPR600C具体参数

                          发射

                          脉冲形式

                          矩形波脉冲串,线性调频波

                          脉冲电压

                          10 ~ 600V   10V步进

                          波数

                          1~ 300

                          发射频率

                          30kHz10MHz

                          30kHz100kHz 1kHz 步进

                          100kHz1MHz 10kHz 步进

                          1MHz10MHz 100kHz 步进

                          启动时间

                          20ns (10% ~ 90%)

                          衰减阻尼

                          100,  200,  500,  1000Ω (通过软件切换)

                           

                          工作方式

                          脉冲回波,透射法,内部或外部同步法

                          内部同步 重复频率

                          0.51.02.04.08.0kHz.

                          外部同步 重复频率

                          Max 8kHz

                          外部同步输入

                          +5V -0V下降(TTL(生存时间) DSUB 接口(9针)

                          外部同步输出

                          0v  +5v上升  电缆接口

                          基本时钟

                          100MHz

                          线性调频波

                          调频比: -4.04.0

                          接收

                          频率带宽

                          300Hz30MHz

                          增益

                          0 ~ 80 dB加置放大器总增益140dB)单步0.3dB

                          输入阻抗

                          10kΩ

                          输出阻抗

                          50Ω

                          高通滤波器

                          0.010.21.0MHz

                          低通滤波器

                          1.02.05.0MHz

                          衰减

                          100,  200,  500,  1000Ω (通过软件切换)

                           

                          AD控制

                          频率范围

                          ~ 50MHz

                          ADC分辨率

                          10bits

                          采样频率

                          1005020105210.5Ms/s(可通过软件切换控制)

                           

                          控制

                          通过USB接口与计算机连接进行控制

                          主要端口

                          6接口电缆线与前置放大器连接

                          BNC接口:脉冲输入(R/ 输出 (T/R)

                          电缆接口:射频(RF) / 触发(TRIG)输出

                          USB接口: 与计算机连接

                          RS232接口:与多通道转换器连接,进行通道切换控制

                          软件

                          高级控制和分析软件包;LABVIEW函数库;可进行2次开发

                          主要

                          波形位置检出、速计算、快速傅里叶变换(FFT分析、FFT滤波器

                          波形保存,读出,平均计算(最大256),波形连续保存

                          可发射线性调频波,进行多频信号控制

                          进行脉冲压缩处理 (脉冲波 / 脉冲串/ 线性调频波)

                          电源

                          100 ~240V  AC

                          尺寸

                          320 (W)mm X280(D)mm X 88(H) mm

                          重量

                          4.9kg

                          电力容量

                          10 W

                          使用温度

                          5~40°C

                           

                           

                          2.2 前置放大器

                           

                          4  前置放大器

                           

                          3   PR60A具体参数:

                                

                                

                           益(dB)

                          40dB  通频带

                          60dB (通滤波器100,200,400,800kHz)

                          频率特性

                          03MHz

                          6接口电缆线与发射接收器连接

                          BNC接口:与探头连接

                          尺寸(mm)

                          66(W)X100(D)X47(H)

                           

                           

                          2.3 机械装置

                           

                           

                          4 机械部分

                           

                           

                          No.

                           

                             

                          1

                          X轴行程

                          400mm 自动

                          2

                          Y轴行程

                          400mm 自动

                          3

                          Z轴行程

                          150mm 手动

                          4

                          扫描速度

                          1300mm/sec (1mm/sec step)

                          5

                          扫描间距

                          0.1mm20mm (0.1mm step)

                          6

                          单轴精度

                          ±0.02mm

                          7

                          两维空间定位精度

                          ±0.05mm

                          8

                          分辨率

                          0.02mm

                           

                           

                          1.3 支持检测方法

                          No.

                           

                          1

                          两侧2探透射法垂直透射和斜角透射

                          2

                          单侧2探透射法

                          3

                          单侧2  导波检测法

                           

                          2.4 数据处理系统

                          1. 支持Windows 7操作系统

                          3.随意移动光标

                          2. 高级的数据分析功能

                          具体包括:

                          分析A扫数据;                         

                          统计特性;

                          注释功能;

                          原始数据滤波;                   

                          C扫时,同时可显示声波波形                

                          大的色板功能;

                           

                                      图6 C扫描成像例

                          2.5 探头库

                          Japan Probe针对不同应用和材料开发了不同频率和外形的探头:点聚焦探头、线聚焦探头及平面探头(见图7)。同时根据特殊需求,可以制作专用探头。针对大多数应用案例,Japan Probe提出标准探头包,即两个0.4K20NR40空气耦合超声波探头, 频率400kHz, 直径20mm,铝制外壳,顶部有Lemo0接口。

                          该探头包不能满足所有应用需求,因为使用不同探头检测时受到材料声阻抗的影响,导致检测效果也不同。建议用户应根据不同检测材料配备不同类型的探头。

                           

                          7  空气耦合探头种类

                           

                           

                           

                          2.6 空气耦合超声波检测系统类型

                           

                           

                          横式

                           

                           

                           

                          立式 

                          多通道 

                          空耦水浸两用型

                           


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